초음파에 교반 된 지속적으로 교반 탱크 원자로

지속적으로 교반된 탱크 반응기(CSTR)는 촉매, 에멀젼 화학, 중합화, 합성, 추출 및 결정화를 포함한 다양한 화학 반응에 널리 적용됩니다. 느린 반응 역학은 전력 초음파의 적용에 의해 쉽게 극복 될 수있는 CSTR의 일반적인 문제입니다. 강렬한 혼합, 동요 및 파워 초음파의 초음파 의 초음파 효과는 반응 역학을 가속화하고 전환율을 크게 향상시킵니다. 초음파 는 모든 부피의 CSTR에 쉽게 통합 할 수 있습니다.

지속적으로 교반 탱크 원자로에 전원 초음파를 적용하는 이유는 무엇입니까?

지속적으로 교반된 탱크 반응기(CSTR 또는 단순히 교반된 탱크 반응기(STR)는 배치 반응기와 매우 유사한 주요 특성에 있습니다. 중요한 차이점은, 연속 교반 탱크 반응기 (CSTR) 설정에 대한 재료의 공급은 반응기 안팎의 연속 흐름에 제공되어야한다는 것입니다. 반응기 공급은 펌프를 사용하여 중력 흐름 또는 강제 순환 흐름에 의해 달성 될 수있다. CSTR을 백 혼합 유량 반응기(BMR)라고도 합니다.
CSTR은 일반적으로 두 개 이상의 액체의 교반이 필요할 때 사용됩니다. CSTR은 단일 반응기로 사용하거나 다양한 농도 스트림 및 반응 단계에 대한 일련의 구성으로 설치될 수 있습니다. 단일 탱크 반응기의 사용 외에도 다양한 탱크 (서로 하나씩) 또는 캐스케이드 설정의 직렬 설치가 일반적으로 사용됩니다.
왜 초음파? 초음파 혼합 및 동요뿐만 아니라 파워 초음파의 초음파 화학적 효과는 화학 반응의 효율성에 기여하는 것으로 잘 알려져 있습니다. 초음파 진동및 캐비테이션으로 인한 혼합 및 입자 크기 감소가 개선되어 상당히 가속화된 운동과 향상된 전환율을 제공합니다. Sonochemical 효과 화학 반응을 시작 하는 데 필요한 에너지를 제공할 수 있습니다., 화학 경로 전환, 그리고 더 완벽 한 반응으로 인해 더 높은 수율을 제공.

초음파 강화 CSTR은 다음과 같은 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

• 이질적인 액체 액체 반응
• 이질적인 고체 액체 반응
• 동질적인 액체 상 반응
• 이기종 가스 액체 반응
• 이질적인 가스 고체 액체 반응

고속 합성 화학 시스템으로 초음파

고속 합성 화학은 화학 합성을 시작하고 강화하는 데 사용되는 새로운 반응 기술입니다. 역류하에서 몇 시간 또는 며칠이 필요한 전통적인 반응 경로와 비교하여, 초음파 로 승격된 합성 반응기는 반응 지속 시간을 몇 분으로 최소화하여 상당한 가속 합성 반응을 초래할 수 있습니다. 초음파 합성 강화는 음향 캐비테이션의 작동 원리와 국소 밀폐 된 초열을 포함한 관련 힘에 기초한다. 다음 섹션에서 초음파, 음향 캐비테이션 및 초음파 화학에 대해 자세히 알아보십시오.

초음파 캐비테이션과 초음파 화학 효과

초음파 (또는 음향) 캐비테이션은 전원 초음파가 액체 또는 슬러리에 결합 될 때 발생합니다. 캐비테이션은 액체 상에서 증기 상으로의 전환이며, 이는 유체의 증기 장력 수준으로 압력이 떨어지면 발생합니다.
초음파 캐비테이션은 최대 1,000m/s의 매우 높은 전단 력과 액체 제트를 생성합니다. 이 액체 제트는 입자를 가속화하고 입자 간 충돌을 일으켜 고체와 물방울의 입자 크기를 줄입니다. 또한 – 내파적 캐비테이션 버블 의 내부 및 근접에 국한 – 켈빈의 수천도의 순서에 대기와 온도의 수백의 순서에 매우 높은 압력이 생성됩니다.
초음파는 순전히 기계적 처리 방법이지만 국소적으로 제한된 극한의 온도 상승을 생성 할 수 있습니다. 이는 수천°C의 쉽게 온도를 도달할 수 있는 붕괴된 캐비테이션 버블과 가깝고 가까운 곳에서 발생하는 강렬한 힘 때문입니다. 벌크 용액에서는 단일 버블 파열로 인한 온도 상승은 거의 무시할 수 있지만, 캐비테이션 핫스팟에서 관찰된 수많은 캐비테이션 기포로부터의 열 방출(고출력 초음파로 초음파 처리에 의해 생성된)은 마침내 벌크 온도에서 측정 가능한 온도 상승을 일으킬 수 있다. 초음파 및 초음파 화학의 장점은 처리 중 제어 가능한 온도 효과에 있습니다 : 대량 용액의 온도 제어는 냉각 재킷뿐만 아니라 펄스 초음파 처리를 가진 탱크를 사용하여 달성 할 수 있습니다. Hielscher 초음파의 정교한 초음파 는 상온 한계에 도달하면 초음파를 일시 중지하고 세트∆T의 낮은 값에 도달하자마자 초음파를 계속할 수 있습니다. 열에 민감한 반응제를 사용할 때 특히 중요합니다.

소노케아케는 반응 운동학을 향상시킵니다.

초음파 처리는 강렬한 진동과 캐비테이션을 생성하기 때문에 화학 적 운동학이 영향을받습니다. 화학 시스템의 역학은 캐비테이션 버블 팽창 및 파열과 밀접한 관련이 있어 거품 운동의 역학에 큰 영향을 미칩니다. 화학 반응 용액의 용존 가스는 열 효과 및 화학적 효과를 통해 화학적 반응의 특성에 영향을 미칩니다. 열 효과는 캐비테이션 보이드 내에서 기포 붕괴 시 도달되는 피크 온도에 영향을 미칩니다. 화학 적 효과는 반응에 직접 관여하는 가스의 효과를 수정합니다.
스즈키 커플링 반응, 강수량, 결정화 및 에멀젼 화학을 포함한 느린 반응 역학을 통한 이기종 및 균질반응은 전력 초음파 및 그 초음파 및 그 sonochemical 효과를 통해 시작되고 촉진될 운명입니다.
예를 들어, 페룰산의 합성을 위해, 180W의 전력에서 저주파(20kHz) 초음파 처리는 3h에서 60°C에서 94% 페룰산 수율을 주었다. Truong 외(2018)의 이러한 결과는 저주파(뿔 형 및 고출력 조사)를 사용하면 전환율이 크게 개선되어 수익률이 90% 이상 임을 입증했습니다.

초음파 강화 에멀젼 화학

에멀젼 화학과 같은 이기종 반응은 전력 초음파의 적용에서 크게 유익합니다. 초음파 캐비테이션은 각 단계의 액적을 서로 균일하게 분산시켜 서브 미크로인 또는 나노 에멀젼을 생성합니다. 나노 크기의 물방울은 서로 다른 물방울과 상호 작용하는 표면적을 크게 증가시키기 때문에 질량 전달 및 반응 속도가 크게 향상됩니다. 초음파 처리에서, 그들의 전형적으로 느린 운동학으로 알려진 반응은 극적으로 향상된 전율, 더 높은 수율, 적은 부산물 또는 폐기물 및 더 나은 전반적인 효율성을 보여줍니다. 초음파 향상 에멀젼 화학은 종종 에멀젼 중합, 예를 들어, 폴리머 블렌드, 수성 접착제 및 특수 폴리머를 생산하기 위해 적용된다.

화학 원자로를 구입하기 전에 알아야 할 10가지 사항

화학 공정을 위해 화학 반응기를 선택하면 최적의 화학 반응기 설계에 영향을 미치는 많은 요인이 있습니다. 화학 공정이 다단계, 이질적인 화학 반응을 포함하고 느린 반응 운동성을 가지고 있는 경우, 반응 반응 동요 및 공정 활성화는 성공적인 화학 적 변환과 화학 반응기의 경제적 (운영) 비용을 위한 필수 요인입니다.
초음파는 화학 배치 반응기 및 인라인 반응 용기에서 액체 액체 및 액체 고체 화학 반응의 반응 역학을 크게 향상시킵니다. 따라서 화학 반응기에서 초음파 프로브를 통합하면 원자로 비용을 절감하고 전반적인 효율성과 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있습니다.
화학 반응기 엔지니어링은 초음파 지원 공정 향상에 대한 지식이 부족한 경우가 많습니다. 전력 초음파, 초음파 동요, 음향 캐비테이션 및 화학 반응기 성능, 화학 반응기 분석 및 종래의 설계 펀더멘털에 대한 초음파의 영향에 대한 깊은 지식없이 열등한 결과를 생성 할 수 있습니다. 아래에서 화학 반응기 설계 및 최적화를 위한 초음파의 근본적인 이점에 대한 개요를 확인할 수 있습니다.

초음파 강화 연속 교반 탱크 원자로 (CSTR)의 장점

• 실험실 및 생산을 위한 매우 향상된 반응기:
  간편한 확장성: 초음파 프로세서는 실험실 크기, 파일럿 및 대규모 생산에 쉽게 사용할 수 있습니다.
  재현 가능/반복 가능 정밀하게 제어 가능한 초음파 매개 변수로 인한 결과
  용량 및 반응 속도: 초음파 강화 반응은 더 빠르기 때문에 더 경제적입니다 (낮은 비용)
• 소노케아케는 일반적인 용도와 특별한 목적으로도 적용됩니다.

– 적응성 & 예를 들어 유연한 설치 및 설치 옵션 및 학제 간 사용과 같은 다기능성

• 초음파는 폭발환경에서 사용할 수 있습니다.
  – 정화(예: 질소 담요)
  – 열린 표면 없음
• 간단한 청소 : 셀프 클리닝 (CIP – 클린 인 플레이스)
• 원하는 건축 자재 선택
  – 유리, 스테인리스 스틸, 티타늄
  – 로터리 씰 없음
  – 다양한 실란트 선택
• 초음파 는 다양한 온도에서 사용할 수 있습니다.
• 초음파 는 압력의 넓은 범위에서 사용할 수 있습니다
• 다른 기술과의 시너지 효과(예: 전기화학(소노-전기화학), 촉매(소노-촉매), 결정화(sono-crystallization) 등
• 초음파 처리는 생물 반응기(예: 발효)를 향상시키는 데 이상적입니다.
• 용해/용해: 용해 공정에서 입자는 한 단계에서 다른 단계로, 예를 들어 고체 입자가 액체에 용해될 때와 같은 통과합니다. 동요의 정도가 프로세스의 속도에 영향을 미친다는 것이 밝혀졌습니다. 많은 작은 결정은 기존의 교반 배치 반응기에서 하나보다 초음파 캐비테이션에서 훨씬 빠르게 용해. 여기서도 다른 속도에 대한 이유는 입자 표면의 다른 질량 전달 속도에 있습니다. 예를 들어, 초음파는 결정화 공정(sono 결정화)과 같은 초포화 솔루션을 만들기 위해 성공적으로 적용됩니다.
• 초음파 로 촉진 된 화학 추출:
  – 액체 고체, 예를 들어 식물 추출, 화학 추출
  – 액체 액체: 초음파가 액체 액체 추출 시스템에 적용되면 다른 단계 중 하나에 대한 에멀젼이 생성됩니다. 에멀젼의 이 형성은 단계 사이 향상된 질량 전달 플럭스의 결과로 두 개의 불굴의 단계 사이 증가된 얼굴 영역으로 이끌어 냅니다.

소닉은 교반 탱크 원자로의 화학 반응을 어떻게 개선합니까?

• 더 큰 접촉 표면 적: 이질적인 단계에서 반응하는 과정에서 인터페이스에서 서로 충돌하는 입자만 반응할 수 있습니다. 인터페이스가 클수록 충돌이 발생할 수 있습니다. 물질의 액체 또는 고체 부분이 연속 상 액체에서 부유되는 작은 물방울 또는 고체 입자로 분해됨에 따라 이 물질의 표면적이 증가합니다. 또한 크기 감소의 결과로 입자 수가 증가하므로 이러한 입자 사이의 평균 거리가 감소합니다. 이렇게 하면 분산된 상에 대한 연속 위상의 노출이 향상됩니다. 따라서, 분산 상의 단편화 정도에 따라 반응 속도가 증가한다. 분산 또는 에멀젼의 많은 화학 반응은 초음파 입자 크기 감소의 결과로 반응 속도의 급격한 개선을 보여줍니다.
• 촉매 (활성화 에너지): 촉매는 실험실 개발 및 산업 생산에서 많은 화학 반응에서 매우 중요합니다. 종종 촉매는 고체 또는 액체 상에 있으며 하나의 반응제 또는 모든 반응제로 는 부드러울 수 없습니다. 따라서, 더 자주하지 보다, 촉매는 이질적인 화학 반응. 황산, 암모니아, 질산, 에테인 및 메탄올과 같은 가장 중요한 기본 화학 물질의 생산에서 촉매는 중요한 역할을합니다. 환경 기술의 넓은 영역은 촉매 공정을 기반으로합니다. 입자의 충돌은 화학 반응, 즉 원자의 재그룹화로 이어지며, 입자가 충분한 운동 에너지와 충돌하는 경우에만 발생합니다. 초음파는 화학 반응기의 운동을 증가시키는 매우 효율적인 수단입니다. 이기종 촉매 공정에서, 화학 반응기 설계에 초음파를 첨가하면 촉매에 대한 요구 사항을 낮출 수 있습니다. 이것은 더 적은 촉매 또는 열등한, 덜 고귀한 촉매의 사용을 초래할 수 있습니다.
• 접촉 빈도 / 질량 전달 향상: 초음파 혼합 및 교반은 미세한 물방울과 입자 (즉, 하위 미크론 및 나노 입자)를 생성하는 매우 효과적인 방법입니다. 파워 초음파에 의한 추가적인 강렬한 동요 및 미세 이동하에서, 입자 간 접촉의 빈도가 크게 증가하여 상당히 향상된 전환율을 초래합니다.
• 압축 플라즈마: 많은 반응의 경우 반응 온도가 10켈빈 증가하면 반응 속도가 약 두 배로 증가합니다. 초음파 캐비테이션은 화학 반응기의 전체 액체 부피의 상당한 가열없이 액체 내에서 최대 5000K의 국소화 된 반응성 핫스팟을 생성합니다.
• 열 에너지: 화학 반응기 설계에 추가하는 모든 초음파 에너지는 마침내 열 에너지로 변환됩니다. 따라서 화학 공정을 위해 에너지를 재사용할 수 있습니다. 초음파는 가열 원소 나 증기에 의한 열 에너지 입력 대신 고주파 진동을 통해 기계적 에너지를 활성화하는 공정을 도입합니다. 화학 반응기에서, 이것은 다중 수준에서 화학 공정을 활성화 초음파 캐비테이션을 생성합니다. 마지막으로 화학 물질의 엄청난 초음파 전단은 열 에너지, 즉 열로 변환을 초래합니다. 화학 반응에 대한 일정한 공정 온도를 유지하기 위해 자켓 배치 반응기 또는 인라인 반응기를 냉각에 사용할 수 있습니다.

CSTR의 화학 반응 개선을 위한 고성능 초음파 처리기

Hielscher 초음파는 고성능 초음파 균질화기및 분산기를 설계, 제조 및 배포하여 연속 교반 탱크 원자로 (CSTR)에 통합합니다. Hielscher 초음파 는 화학 반응을 촉진하고 강화, 가속화 및 개선하기 위해 전 세계적으로 사용됩니다.
Hielscher 초음파’ 초음파 프로세서는 작은 실험실 장치에서 유동 화학 응용 프로그램을위한 대형 산업 프로세서에 이르기까지 모든 크기로 사용할 수 있습니다. 초음파 진폭 (가장 중요한 매개 변수)의 정확한 조정은 매우 높은 진폭에서 Hielscher 초음파 를 작동하고 특정 화학 반응 시스템의 요구 되는 초음파 공정 조건에 정확하게 진폭을 미세 조정할 수 있습니다.
Hielscher의 초음파 발전기는 자동 데이터 프로토콜이 있는 스마트 소프트웨어를 갖추고 있습니다. 초음파 에너지, 온도, 압력 및 시간과 같은 모든 중요한 처리 매개 변수는 장치가 켜지자마자 내장 된 SD 카드에 자동으로 저장됩니다.
공정 모니터링 및 데이터 기록은 지속적인 공정 표준화 및 제품 품질에 중요합니다. 자동으로 기록된 프로세스 데이터에 액세스하여 이전 초음파 처리 실행을 수정하고 결과를 평가할 수 있습니다.
또 다른 사용자 친화적 인 기능은 디지털 초음파 시스템의 브라우저 원격 제어입니다. 원격 브라우저 제어를 통해 어디서나 원격으로 초음파 프로세서를 시작, 중지, 조정 및 모니터링할 수 있습니다.
우리의 고성능 초음파 균질화제에 대한 자세한 내용은 지금 저희에게 문의하여 지속적으로 교반 탱크 원자로 (CSTR)를 향상시킬 수 있습니다!
아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.